高中物理科学思想和方法的渗透：意识与方法

吴文胜

（三明市第二中学，福建 三明 365000）

物理学是一门实验和科学思想相结合的科学，也是带有方法论性质的学科，同时也是自然科学的基础学科。自然界中基本的物质组成结构、运动规律以及其相互作用都是物理学的研究方向。而科学思想和方法一直贯穿于物理学发生、发展的整个过程，无论是从伽利略的理想实验到牛顿的经典力学规律，还是到法拉第对电磁感应现象的猜想与探究，再到对称性和原子结构的建立最后到量子力学的建立等，科学思想和方法在其中都扮演着不可或缺的角色。正是这些科学的思想和方法推动着物理学由“物”到“理”的蜕变，从而推动整个物理世界的发展。因此，科学的思想和方法在物理学的发展中起到了至关重要的作用，而这也是培养高中生物理素养和物理能力的重要组成部分。

目前，在中学物理教学中，有部分教师过分强调物理知识的完整性、系统性，再加上高考的压力，物理学科的教学重点往往就会演变成注重对解题技巧的训练和应试技巧的掌握，其结果必定导致学生过分注重已经成熟的物理知识，加大对习题的训练，这样的结果是看似成绩提高了，但学生也变为学习的机器，不利于培养学生对新事物新问题的独立思考和探索创新能力，也不利于吸收物理学中的精髓。因此，在教学中渗透科学思想和方法对物理教学改革、物理学科的整体教育功能和改变学生的学习现状都具有积极的现实意义。

一、高中物理科学思想和方法渗透的意识

物理学习的认知过程指的是通过与科学家的情感交融、领会、实践、认识、再实践、再认知的循环过程，如果不能领会科学的思想，仅仅是做题再做题，是不能得到有效的循环。因此，教师在日常教学中要自我提升科学思想方法的渗透意识。

（一）体会物理学家科学活动，激发学生主体意识，提升认知和情感有机融合

就学生的主体意识而言，科学本身的魅力及科学家崇高的精神境界都会让学生顶礼膜拜，有很多学生的精神支柱往往就是科学家们在探究某个前沿知识所付出的努力、艰辛和不放弃的毅力。比如，很多学生会以爱迪生99次不懈的努力换来的一次成功的研究经历作为自己前行的精神支柱。当然，也有许多处于迷茫中的学生，他们内心经不起失败的摧残，有可能一两次失败就会失去信心，所以，对科学家追求科学真知的精神渗透，一方面可以摆正学生的认知态度，让学生知道真知就是在思维发生冲突的时候形成的，科学也是在这个时候进步的，但是这个过程是艰辛的，除了要有坚实的知识功底，还要有一颗不怕失败的心；另一方面，通过渗透科学家的研究过程和思维方式，在很大程度上能让学生产生对知识追求的力量，同样，学生也可以根据科学家的研究思想来不断地结合实际进行改造和创新，为物理学的进步奉献力量。这就要求教师在教学的过程中要加大渗透科学的思想。

例如，教师可以讲授在物理学发展的整个历史阶段中，有许多物理学家在进行有意识有目的的实际探究的最开始阶段，大多都是由于思想的冲突导致。例如，很长的时间内，牛顿的微粒说在研究“光的本质是什么”的问题时占有主导的地位，因为它很容易解释光的直线传播现象和反射现象，但是在解释一束光射到两种介质分界面处，以及几束光交叉后相遇时光是如何传播的以及解释光的干涉、衍射现象时出现了极大的问题，因此促进了波动说发展。后来，由于波动理论难以解释光电效应等问题又引发了爱因斯坦的光子说理论，最后得出了光的波粒二象性。在教学的过程中，教师仔细地讲授这些知识的来龙去脉，及一代代科学家们多思维的改造和同化过程。物理学家就是在遇见问题解决问题的过程中，用科学的思维方法来指导实践，来探究世界未解的现象进而促进科学的进步。

（二）领会物理学家思维冲突，激发学生问题意识，提升认知和实践有效整合

学习始于问题发现，科学的进步是问题解决的表现，这是现代教学理论普遍认同的观点，在教学过程中，从问题入手往往能激起学生的求知欲，调动学生学习的主动性，对提高学生的独立思考、分析和解决问题的能力起着重要的作用。人类对物理现象产生的疑问往往起源于对物理现象的感知，对问题的探究往往是有意识有目的的，而科学的思想和方法往往就在这个过程中得以产生，最后通过自己的实践解决问题。通过对问题的研究获得的知识，理解得更深，记得更牢。而在现实的教学过程中，教师可以通过问题引发学生的思维冲突，并在自己的探究中和教师的引导下解决问题，以此来实现对科学思想和方法的渗透，提高学生的理解力。

例如，学习完了“原子的核式结构模型”后，我们可以提出这样一个“问题链条”：质子是带有正电荷，按常理原子核中的质子应该是相互排斥的，但是它们却紧紧地结合在一起，造成这种现象的原因可能是什么？是不是由万有引力导致的？质子间除了静电力之外还有其它的力再起作用么？通过这样一个环环相扣的“问题链条”激活学生的求知欲和探索欲望，为学生理解相互作用力埋下伏笔。再比如，鲁科版高中物理选修3-2中，很多新课的教学可以有意识进行科学的思想和方法渗透，进而提升学生的综合能力。（见表1）

表1 鲁科版高中物理选修3-2中意识渗透例举

总之，通过解决问题的过程进行物理的思想和方法的渗透，引发学生的思考和反思，促进学生认知结构的建立和发展，从而促进学生探究能力、解决实际问题的能力、科学创新的能力和物理素养的养成。

二、高中物理科学思想和方法渗透的方法

（一）通过探究活动，践行科学思想和方法

知识的结构化是当代教学理论非常流行的观点，即学生认知结构的建立是一个持久学习的过程，不是一朝一夕就能建构完全的东西，学生必须积极主动地把原有的知识和现在所学的新知识进行一个有效的组合和消化，最后达到顺应平衡的目的。这就要求教师教学的过程中，帮助学生建立起新旧知识联系的桥梁，引导学生进行感悟和体验知识的连续性和结构性，建立起新旧知识之间的实质性联系，从而促进学生认知结构的建立和发展。

当代教育活动的中心任务就是通过掌握物理学家认识世界、认识自然规律的思想和方法来提高学生分析问题、解决问题的能力。大量的实验证明，教师将新知识直接以讲授法、以结论的形式传授给学生，学生会认为学习就是一个记忆的过程，丧失了学生学习的主动性，对学生认知结构的建立没有积极意义。而通过活动探究的教学方式，教师可以积极主动地教授学生们分析问题和解决问题方法，渗透科学思想的方法教育。通过开放性的教学活动，让学生分组探究使每个学生的参与度大大加强，让每个学生感受到科学家探索科学知识的历程，通过学生的实践得出与科学家相同的结论。如此分析解决问题，对科学的思想方法等能力的形成有十分重要的促进作用，尤其是对物理概念和物理规律的学习有着十分重要的作用。

例如：探究建立理想变压器模型的教学活动中，教师指导学生进行探究活动的过程。如：如果变压器中的铁芯没有闭合或者撤掉铁芯，那么电磁感应是否还会发生在原副线圈中？学生可以通过实际实验来验证得出的结论，这样教师就会顺势提出：既然没有铁芯也会产生电磁感应，那么为什么在变压器中还要使用铁芯呢？然后让学生展开实验通过电灯泡光亮的明暗程度来得出结论，让学生通过实验得到有了闭合铁芯磁感线能大大减少磁感线的遗失。教师继续引导：在实际工作中的变压器，还有哪些因素导致电磁的损耗呢？指导学生用手触摸工作后的变压器和铁芯然后得出：铁芯在反复磁化时也会发热，都要损失电能。最后让学生归纳出无磁通量的漏失原副线圈没有电阻铁芯不发热。这是在理想状态下的变压器，而这种理想化的研究方法是物理学中常用的一种研究方法，通过这种方法能得到许多物理模型。而通过这种方式，学生通过自己的亲手实验建立起来的物理模型在日后的物理学习生活中会更加得心应手。同时，通过教师的提问学生也能体会到，在进行实际探索和创新的过程中理想的研究方法是抓住事物的关键和重点。

（二）通过知识整合，渗透科学思想和方法

高中物理中蕴含了许多科学思想方法，常见的有比较法、构建物理模型法、控制变量法、等效替代法、数学推理法等，这些方法有助于提高学生的学科素养。在“四层四翼”第三层科学素养中明确提出，教师在日程教学过程中，要有意识地向学生渗透科学思想方法，提高学生的综合能力。具体教学主要考虑以下两个方面：

一是在高中物理教学中的各个环节进行渗透。就完整的课堂而言，主要包括课程导入、课堂教学、课堂小结等。以比较法为例，它是在课堂教学过程中常用的一种学习方法，它不仅能在同类事物中进行比较，还能进行比较不同种类事物的内在联系。大多数的物理问题都是通过比较，建立理想化模型来认知事物的本质规律与内在联系。例如在学习牛顿第三定律时，通过比较作用力与反作用力的基本特征、做功特征、冲量特征等，提升学生分析问题的能力。又如在学习电场和磁场时主要是以“场”的思想为基础，但是场的概念过于抽象，学生不易理解，教师可以适时引入重力，通过分析重力场和电场进行对比，重力和电场力进行比较，分析学生的相同点和不同点。这样学生就能抓住事物的本质，寻找事物之间的联系。

二是在高中物理各种课型中进行渗透。在高中物理教学中，常有新课教学、实验教学、习题教学等课型。这些课型都可以进行渗透物理思想方法，可以让学生加深对物理知识、物理概念的理解，了解物理知识的由来，从而培养学生发现问题、探究物理现象的能力。以实验教学为例，高一上学期在学习牛顿第一定律的新课中，就可以引入伽利略斜面实验让学生思考，如果一切斜面都是光滑的，一个光滑小球从斜面的某一高度静止滚下，由于阻力产生能量损耗，那么它必定到达另一斜面的同一高度，如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况，如果斜面变成水平面，则光滑小球找不到同样的高度而会一直保持一种运动状态，永远运动下去。这种独特的方法就可以让学生沿着科学家的思想之旅，通过理想化推理，得到实验结果。最后，在新高考的指导下教师对学生的物理学科的学习不是要枯燥无味地去增加学生的存量知识，教师主要的是要培养学生物理学的素养，让学生切实感受到物理学就在身边，掌握物理学思想和方法将会终身受用。